(57)【要約】【課題】ＷＤＭ伝送システムに適用される光増幅装置について、ＷＤＭ伝送路に伝搬される複数波長の信号光を波長毎に制御するとともに、伝搬品質を向上すること。【解決手段】増幅用光導波路２に第１光分岐器３を介して接続されて複数波長の信号光を受光する第１の光電変換素子８と、増幅用光導波路２のうち第１光分岐器８よりも信号光出力側で増幅用光導波路２に励起光を照射する励起光源９と、増幅用光導波路２のうち励起光の照射領域よりも信号光出力側で第２光分岐器４を介して接続されて前記複数波長の信号光を受光する第２の光電変換素子１０と、増幅用光導波路２のうち第１光分岐器３と第２光分岐器４の間の領域に接続されて波長毎に減衰量の設定が可能な光減衰器７と、第１の光電変換素子８の出力と第２の光電変換素子１０の出力に基づく比較値が、外部から設定される目標利得値に一致し又は近づく状態になるまで励起光源９の光出力を制御する第１制御回路１１と、光減衰器７の出力を目標となるスペクトラムに設定させる第２制御回路１４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅用光導波路に第１光分岐器を介して接続されて複数波長の信号光を受光する第１の光電変換素子と、
前記増幅用光導波路のうち前記第１光分岐器よりも信号光出力側で前記増幅用光導波路に励起光を照射する励起光源と、
前記増幅用光導波路のうち前記励起光の照射領域よりも信号光出力側で第２光分岐器を介して接続されて前記複数波長の信号光を受光する第２の光電変換素子と、
前記増幅用光導波路のうち前記第１光分岐器と前記第２光分岐器の間の領域に接続されて波長毎に減衰量の設定が可能な光減衰器と、
前記第１の光電変換素子の出力と前記第２の光電変換素子の出力に基づく比較値が、外部から設定される目標利得値に一致し又は近づく状態になるまで前記励起光源の光出力を制御する第１制御回路と、
前記光減衰器の出力を目標となるスペクトラムに設定させる第２制御回路とを有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記増幅用光導波路のうち前記励起光の前記照射領域及び前記第２の光分岐器よりも信号光出力側で前記信号光の波長毎の光パワーを測定するモニタが接続され、
前記第２制御回路は前記モニタの出力に基づいて前記光減衰器のスペクトラムを制御することを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記第１制御回路により前記励起光源を制御するための第１の制御周期は、前記第２制御回路により前記光減衰器を制御するための第２の制御周期よりも短く、
かつ前記目標利得値の前記第１制御回路への設定周期は前記第２の制御周期よりも長くする構成を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記第２制御回路は、前記目標利得値に応じて予め設定された減衰スペクトラムに一致させるか近づくように前記光減衰器を制御する構成を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅装置に関し、より詳しくは、波長多重光伝送システムに適用される光増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット、画像伝送等のネットワークサービスが拡大するにつれてネットワークを伝送する情報量は増加し、これに対応する通信方法として、複数波長の信号光を１本の光ファイバで伝送する波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）光通信方式が有効である。ＷＤＭ光信号路では、複数波長の信号光をエルビウム（Er）添加光ファイバ（増幅用光導波路）に伝搬させてそこに励起光を照射することにより複数波長の信号光を一括して増幅することが行われる。
【０００３】
そのような光増幅装置では、Er添加光ファイバ内を伝搬する信号光の波長数の増加、減少（Add/drop）に対応させて励起光のエネルギーを制御することにより、Er添加光ファイバから出力される１信号光当たりのパワーレベルが変動しないようにしている。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１では、複数のファイバーグレーティングを用いることにより、Er添加光ファイバ内を伝搬する信号光の波長数をカウントしてそのカウント数に応じて励起光の照射エネルギーを調整することが記載されている。
【０００５】
また、下記の特許文献２では、一定の波長範囲を掃引する掃引回路を用いることにより、Er添加光ファイバから出力される信号光の波長数をカウントし、そのカウント数に応じて励起光エネルギーの目標値を設定するとともに、その目標値となるように励起光の照射エネルギーを制御することが記載されている。
【０００６】
また、下記の特許文献３では、Er添加光ファイバの入力と出力の比を一定に保つための自動利得制御回路（ＡＧＣ）を設けることにより、信号光の波長数のAdd/dropに応じてEr添加光ファイバの入出力比が一定になるように励起光のエネルギーを制御することが記載されている。また、特許文献３には、Er添加光ファイバの信号光の出力レベルを光伝送系全体に対応させる大きさに保持するために、Er添加光ファイバの出力端寄りに可変光減衰器を接続することが記載されている。その可変減衰器における損失は、Er添加光ファイバの出力レベルに基づいて自動レベル制御回路により制御される。また、その自動レベル制御回路の時定数は、励起光のエネルギーを制御する信号が励起光源に通知されるまでの時間に比べて長くなっている。
【特許文献１】特開平９−８３４８９号公報
【特許文献２】特開平１０−５１３９６号公報
【特許文献３】特開２００３−１７４４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１〜３によれば各波長数のエネルギーを一括して制御しているために、特定の波長のパワーに不足が生じてもこれを補正することができず、信号光伝送に支障をきたすおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、ＷＤＭ伝送路に伝搬される複数波長の信号光を波長毎に制御するとともに、伝搬品質を向上することができる光増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための本発明の第１の態様に係る光増幅装置は、増幅用光導波路に第１光分岐器を介して接続されて複数波長の信号光を受光する第１の光電変換素子と、前記増幅用光導波路のうち前記第１光分岐器よりも信号光出力側で前記増幅用光導波路に励起光を照射する励起光源と、前記増幅用光導波路のうち前記励起光の照射領域よりも信号光出力側で第２光分岐器を介して接続されて前記複数波長の信号光を受光する第２の光電変換素子と、前記増幅用光導波路のうち前記第１光分岐器と前記第２光分岐器の間の領域に接続されて波長毎に減衰量の設定が可能な光減衰器と、前記第１の光電変換素子の出力と前記第２の光電変換素子の出力に基づく比較値が、外部から設定される目標利得値に一致し又は近づく状態になるまで前記励起光源の光出力を制御する第１制御回路と、前記光減衰器の出力を目標となるスペクトラムに設定させる第２制御回路とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様に係る光増幅装置において、前記増幅用光導波路のうち前記励起光の前記照射領域及び前記第２の光分岐器よりも信号光出力側で前記信号光の波長毎の光パワーを測定するモニタが接続され、前記第２制御回路は前記モニタの出力に基づいて前記光減衰器のスペクトラムを制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に係る光増幅装置において、前記第１制御回路により前記励起光源を制御するための第１の制御周期は、前記第２制御回路により前記光減衰器を制御するための第２の制御周期よりも短く、かつ前記目標利得値の前記第１制御回路への設定周期は前記第２の制御周期よりも長くする構成を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１乃至第３の態様のいずれかに係る光増幅装置において、前記第２制御回路は、前記目標利得値に応じて予め設定された減衰スペクトラムに一致させるか近づくように前記光減衰器を制御する構成を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Er添加光ファイバ等の増幅用光導波路のうち入力パワーをモニタする第１の光電変換素子と出力パワーをモニタする第２の光電変換素子の間の領域に、波長毎に減衰量の設定が可能な光減衰器を設けているので、複数波長の信号光を増幅する場合に波長毎に出力パワーを調整することができ、信号光伝送を正常に保持することができる。
また、本発明によれば、増幅用光導波路に励起光を照射する励起光源の出力を調整するための制御周期１と、光減衰器の目標スペクトラムを調整するための制御周期２と、励起光源の目標利得を再設定するための制御周期３との関係を、制御周期１＜制御周期２＜制御周期３としている。
従って、励起光源による目標利得を制御パラメータに入れる場合に、上記の関係を保持することにより、発振しない安定な制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光増幅装置を示す回路図である。
【００１５】
光増幅装置１は、増幅用光導波路としてEr添加光ファイバ（ＥＤＦ：Er Doped Fiber）２を有しており、このＥＤＦ２には入力端から出力端にかけて第１、第２及び第３の光分岐器３，４，５が順に取り付けられ、さらに第１の光分岐器３と第２の光分岐器４の間の領域には光合波器６とダイナミックゲインイコライザ（ＤＧＥ：Dynamic Gain Equalizer）７が接続されている。
【００１６】
第１の光分岐器３の分岐路には第１の光電変換素子８、例えばフォトダイオードの受光部が接続されており、これによりＥＤＦ２の入力端から入力される複数波長の全ての信号光をモニタするように構成されている。
【００１７】
また、光合波器６の入光ポートには励起光源９、例えばレーザダイオードの光出射部が接続され、この励起光源９からＥＤＦ２に励起光を照射してＥＤＦ２内を通る複数波長の信号光を一括で励起して増幅するように構成されている。ＥＤＦ２を伝搬する複数波長の信号光が例えば１５３０μｍ〜１６１０μｍの波長帯に存在する場合に、励起光源９として信号光よりも短波長、例えば９８０μｍ、１４８０μｍの波長であって１００ｍＷ〜１Ｗ程度のエネルギーを出射する構造を有するレーザダイオードが用いられる。
【００１８】
第２の光分岐器４の分岐路には第２の光電変換素子１０、例えばフォトダイオードの受光部が接続されていて、励起光源９により増幅された全ての複数波長の信号光のパワーをモニタするように構成されている。
【００１９】
第１、第２の光電変換素子８，１０のそれぞれの出力信号は第１制御回路１１の２つの入力端に入力され、また、励起光源９の駆動制御信号は第１制御回路１１から出力される。
第１制御回路１１は、第１の光電変換素子８の出力の補正値Ｗ1に対する第２の光電変換素子１０の出力の補正値Ｗ2の比較値（Ｗ2 ／Ｗ1 ）が目標利得Ｇ又はその許容範囲となるように励起光源９の駆動電流を調整してその励起光源９の出力光のパワーを制御する。目標利得Ｇは、例えば光伝送係全体を制御する制御回路（不図示）から所定の周期で第１制御回路１１に出力される値である。また、第１、第２の光電変換素子８，１０の出力はそれぞれ図示しないモニタ回路を介して第１制御回路１４に入力されて比較されており、モニタ回路では光電変換素子の感度や分岐比などの補正を行って真の光パワーを算出し、その算出値を出力する構成を有している。
【００２０】
第３の光分岐器５の分岐路には、光チャンネルモニター（ＯＣＭ：Optical Channel Monitor）１３が接続されている。ＯＣＭ１３は、励起光源９により励起された信号光のパワーを波長毎に測定する構造を有する光パワー測定モニタで、例えば波長可変フィルタとフォトダイオードから構成される。
【００２１】
ＤＧＥ７は、波長毎に個別に減衰量を設定して所望のスペクトラムに合わせる又は近づける光減衰器である。ＤＧＥ７として、例えば特開平１１−３３７７５０号公報に記載されているように、グレーティング周期の異なる複数種類のグレーティングデバイスをＥＤＦ２上に配置するとともに、グレーティングのＥＤＦ２への押圧力をピエゾ素子によって変化させることにより各波長の信号光のパワーを変化させる構造のものがある。また、ＤＧＥ７として、その他に、特開２００３−６６３０９５号公報に記載のように可変分岐比スプリッタと複数の光フィルタを用いた構造の可変光利得化装置などを用いてもよい。
【００２２】
上記のＯＣＭ１３の出力信号は第２制御回路１４に出力され、第２制御回路１４はＯＣＭ１３の出力信号のスペクトラムが所望のスペクトラム、例えばフラットに近づくようにＤＧＥ７を制御する。
【００２３】
ここで、励起光源９の光出力パワー、ＤＧＥ７の損失スペクトラム、及び第１制御回路１１への目標利得Ｇという３つのパラメータを変化させることについて検討する。
【００２４】
まず、励起光源９の光出力パワーは波長数が変化したときに変える必要がある。励起光源９の出力パワーの制御は第１制御回路１１により行われる。
【００２５】
また、ＤＧＥ７の損失スペクトルは、例えば環境温度に依存してＥＤＦ２の利得スペクトラムが変化したときに変える必要がある。この場合、ＤＧＥ７からの総出力パワーが変化することもあるので励起光源９による励起パワーも合わせて調整する必要がる。ＤＧＥ７の出力制御は第２制御回路１４により行われる。
【００２６】
さらに、目標利得Ｇは、線路の損失が変化したとき、あるいは光信号発生用光源のパワーが変化したときにそれを補うために変化させる必要がある。このとき、ＥＤＦ２の利得スペクトルも変化するのでＤＧＥ７の損失スペクトルも併せて変化させ、さらに、ＤＧＥ７の損失スペクトルを変化させるときには、それを補償するために励起光源９の出力パワーも変化させる必要がある。目標利得Ｇの制御は光伝送システム系の制御回路（不図示）によって行われる。
【００２７】
このように考えると光増幅装置１の動作点を変化させる事象としては下記の表１に示すような３種類があって、それぞれ変化させたいパラメータが異なることがわかる。
【表１】
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【００２８】
例えば、励起光源９の駆動電流を変化させると、ＥＤＦ２の増幅波長特性が変わってＯＣＭ１３で測定されるスペクトラムが変化する。これにより、第２制御回路１４はＤＧＥ７の減衰スペクトラムを目標スペクトラムになるように制御するとすれば、これに伴って第２の光電変換素子１０に入力する光パワーが変化する。従って、第１制御回路１１は、補正された光信号の入出力パワー比が目標利得Ｇとなるように励起光源９を制御する必要が生じる。
【００２９】
第２制御回路１４によりＤＧＥ７を変化させる周期を第１制御回路１１により励起光源９を変化させる周期よりも短くしてしまうと、第１制御回路１１の励起光源９への制御値が定まらずに系全体が発振するおそれがあるので、第２制御回路１４がＤＧＥ７の出力を変更する制御周期を第１制御回路１１が励起光源９の出力を変更する制御周期よりも十分長くする必要がある。
【００３０】
同様に、第１制御回路１１の制御の基準となる目標利得Ｇを変化させる周期を、第２制御回路１４がＤＧＥ７の制御を変更する制御周期よりも短くすると、ＯＣＭ１３で測定されるスペクトラム、ひいてはＤＧＥ７の減衰スペクトラムも安定しない。従って、目標利得Ｇを変更する周期を第２制御回路１４の制御周期よりも長くする必要がある。第１、第２制御回路１１，１４の制御周期についてはクロックなどを用いて設定する。また、目標利得Ｇを変更する設定周期については伝送システム全体を管理するコンピュータなどにより設定する。
【００３１】
以上を考慮すると次の関係が成り立つ。
第１制御回路の制御周期＜第２制御回路の制御周期＜Ｇの設定周期
それらの周期の具体的な範囲については例えば次のような値が採用される。
【００３２】
第１制御回路１１については、励起光源９により励起されるＥＤＦ２の利得緩和時間よりも十分に短い周期である必要があり、１μ秒以下の制御周期である。また、第２制御回路１４については、時定数の長い事象、例えば温度変化に対応できればよいので、１ｍ秒〜６００秒の制御周期である。これは、温度の変化について１０分毎でも十分に追従できるからである。さらに、目標利得Ｇの設定周期については、光伝送系全体からみた変化は長く、第２制御回路１４の制御周期の１０倍以上あれば十分である。
【００３３】
以上のような光増幅制御装置１において、ＥＤＦ２に入力する信号光の波長数が増加又は減少すると、第１、第２の光電変換素子８，１０に入力する波長数も増加又は減少する。従って、第１の光電変換素子８の光入力パワーの補正値に対する第２の光電変換素子１０の光入力パワーの補正値の割合が目標利得Ｇに一致する又はその許容範囲に収まるようにＥＤＦ２への励起パワーを調整する。励起パワーの調整は、第１制御回路１１による励起光源９の制御によって行われる。
【００３４】
これにより第１の光電変換素子８の光入力パワーに対する第２の光電変換素子１０の光入力パワーの割合が安定した後に、第２制御回路１４は次の制御周期でＯＣＭ１３の出力値に基づいて目標となるスペクトラムを得るためにＤＧＥ７を制御する。その目標となるスペクトラムは、例えば環境温度の違いなどによってあらかじめ第２制御回路１４に定められる。第２制御回路１４によるＤＧＥ７の制御周期は、温度の変化の追従に十分な時間、例えば１０分毎に制御することで十分である。そのスペクトラムの目標が変化すると、ＥＤＦ２による増幅波長特性も変化するので、第１制御回路１１の次の制御周期において励起光源９の励起条件が変更される。この場合、光伝送系全体の特性も変化するので、例えば１時間毎に第１制御回路１１に設定される目標利得Ｇも再設定され、これにより、第１、第２制御回路１１，１４による制御も上記と同様に行われる。
【００３５】
以上のように光増幅装置１は、いろいろな事象の変化に応じて制御パラメータを変化させる必要があり、事象の種類によって変化させるべきパラメータは異なるが、本実施形態では、各種周期の関係を調整して所定のパラメータのみを制御しているので安定な信号光の増幅が可能となる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る光増幅装置の回路図であり、図１と同じ符号は同じ要素を示している。
図２において、第３の光分岐器５に接続されているＯＣＭ１３の出力は第２制御回路１４に出力されるとともに、目標利得調整回路１５にも入力される。
【００３７】
目標利得調整回路１５は、ＯＣＭ１３から出力される情報に基づいて所望のチャネルが許容範囲の出力パワーになるように目標利得Ｇを調整するものである。なお、所望のチャネルあたりの出力パワーの目標値Ｇ０はシステム系全体を制御する制御回路から設定され、目標値Ｇ０の設定周期は、第１制御回路への目標利得Ｇの設定周期となる。
【００３８】
従って、第１、第２制御回路１１，１４の制御周期及び目標利得Ｇの設定周期は、第１実施形態と同様に次のような関係となる。
【００３９】
第１制御回路の制御周期＜第２制御回路の制御周期＜目標利得制御回路の目標利得Ｇ０の設定周期
【００４０】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る光増幅装置の回路図であり、図１と同じ符号は同じ要素を示している。
図３において、第２制御回路１４には第１制御回路１１と同じ目標利得Ｇのデータを入力するとともに、メモリ１６から目標となるスペクトラムのデータを入力する。メモリ１６は、目標利得Ｇの違いに応じてあらかじめ決められた図４に示すようなスペクトラムのデータを複数持つ。
【００４１】
そして目標利得Ｇの変更に伴って、第２制御回路１４は、目標利得Ｇに対応したスペクトラムのデータをメモリ１６から入力して、そのメモリに示すスペクトラムが得られるようにＤＧＥ７を制御する。
【００４２】
これにより、目標利得Ｇの変化に対応してＥＤＦ２の駆動電流の制御とＤＧＥ７の制御を行うことが可能になる。
【００４３】
（その他の実施形態）
上述した実施形態では光増幅用光導波路２としてEr添加光ファイバを用いたが、他の希土類、例えばネオジウム（Nd）、イットリウム（Yb）を添加した光ファイバを使用してもよい。
【００４４】
また、光増幅方法としてラマン散乱を発生させるタイプの増幅用光導波路と励起光源を用いてもよい。さらに、上記したＤＧＥ７は、増幅用光導波路２のうち図１に示すように光合波器６と第２の光分岐器７の間の領域ではなく、第１の光分岐器３と光合波器６の間の領域に挿入してもよい。
【００４５】
ところで、図５に示すように、光増幅装置１内に分散補償ファイバ２０を増幅用光導波路２に接続する場合に、分散補償ファイバ２０はパワー損失が大きいので、入力端寄りに別の光増幅回路２１を接続してもよい。その第２の光増幅回路２１は、図５に例示するように分散補償ファイバ２０を挟むように信号光の入力側に接続する。
【００４６】
図５において、光増幅用光導波路２には第４、第５の光分岐器２２，２３が接続され、それらの光分岐器２２，２３の分岐路にはそれぞれ第３、第４の光電変換素子２４，２５の受光部が接続されている。また、光増幅用光導波路２のうち第４、第５の光分岐器２２，２３の間には光合波器２６が接続され、その光合波器２６には第２の励起光源２７が接続されている。また、第３、第４の光電変換素子２４，２５の出力は第３制御回路２８の入力端に入力され、第３の光電変換素子２４の出力に対する第４の光電変換素子２５の出力の比が目標利得Ｇ１に達成するように第３制御回路２８は励起光源２７の光出力を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る光増幅装置を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係る光増幅装置を示す回路図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態に係る光増幅装置を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係る光増幅装置内のＤＧＥを制御する目標となるスペクトラムのデータの一例を示す特性図である。
【図５】図５は、本発明のその他の実施形態に係る光増幅装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：光増幅装置
２：増幅用光導波路
３，４，５：光分岐器
６：光合波器
７：ＤＧＥ
８、１０：光電変換素子
１１：第１制御回路
１３：ＯＣＭ
１４：第２制御回路
１５：目標利得調整回路
１６：メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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